宇宙学·其他天体 | 脉冲星：宇宙中最准的钟表
徐来
2017-10-05
世界好大，奇妙的事情每天都有，我们一起去发现吧！
宇宙学·其他天体 | 脉冲星：宇宙中最准的钟表
| 暖爸型转述师 | ：金北平
徐来
时钟和手表这样的东西，你家里应该有不少吧。有电子钟、石英钟、机械钟，有手表、运动表，另外，手机、电脑这样的设备也能看时间……咱们现在看时间的方法不少，我以前也和你讲过古人计算时间的方法，日晷、漏壶、沙漏之类的，相比之下，我们现在的计时方法，那可真是好多了。
不同的钟表，计算时间的准确性不一样，比如我平时都会戴手表，这个手表走一段时间，就会慢上一点儿。如果换成石英表或者电子表，那就要精准多了，误差非常小，哪怕是运行好久，也不会慢太多。如果是手机，那就更准了，因为手机一直在接收网络信号，网络信号会帮助手机自动校准时间。
网络上的时间，来自一个叫授时中心的地方，把准确的时间授予所有人。这个机构会利用一种叫做原子钟的工具不停地去校准时间。 原子钟，是地球上的计时工具当中最准确的了。
但它不是宇宙中最准确的。在漆黑一片的宇宙当中，有一样东西比它更准，那就是脉冲星。
肉眼看不见的脉冲
说到脉冲星（ Pulsar ），这事儿也是有点儿年头了。天文学家很早就开始用望远镜观察天空。望远镜是人类眼睛的延伸，后来，人们发明了无线电，开始架设电线，通过电波来进行信息传递。架设起电线来之后，就有人发现了，通过这个方法可以接收到来自特定发送者送来的特定信息，但是除了这些信息之外，还有很多的电波信号，它们本来就存在于自然界当中。
你可以想一想，现在，就是现在，在你的身前身后身左身右，到处都是无线电波。它们看不见，也摸不着，但是确实存在着。通过天线，我们可以捕捉到它们。
这一下就启发了很多人，有些天文学家，就把天线对准了头顶的宇宙，接收一下试试看，宇宙当中到底有些什么样的电波。这样一来，天文学家们就发明了一种望远镜，叫射电望远镜。它不是用来直接看宇宙的，而是用来接收宇宙当中的电信号。而研究这些电信号的学问，就叫做射电天文学。
蟹状星云脉冲星的X射线/可见光波段合成图像。图片来源：wiki
脉冲星有个外星人的名字
1967年，射电天文学诞生没多久的时候，在英国的剑桥大学，有一位年轻的女研究生叫伯奈尔，她当时就跟着一位著名的天文学家安东尼·休伊什学习射电天文学。有一天，她在整理一架射电天文望远镜所接收到的信号的时候，注意到一个奇怪的现象， 望远镜接收到了一组非常规律的脉冲信号 。这组脉冲信号的规律非常清晰，每隔1.337秒，它就重现一次，每次持续的时间是0.04秒，一点不多，一点不少。这就好像有人掐着时间，故意向地球发送这个信号一样。
伯奈尔赶紧把这个报告给了自己的老师。休伊什一看，这个信号，真的是精确得让人觉得太过刻意了。这师徒俩一合计，就管它叫小绿人吧。然后就管它叫小绿人1号了，缩写就是LGM-1。
LGM，就是英语里面小绿人这三个单词的第一个字母（ Little Green Men ）。你可能会问，为啥叫小绿人啊？小绿人是当时西方国家流行文化当中的一个常见形象。其实就是外星人的形象，把外星人画成是绿色的，头看起来很大，有些还长着尖尖的耳朵。当时大家描绘的外星人，差不多都是这样的形象。
这个形象影响很大，后来的电影电视剧作品中描绘外星人，多多少少都带一点小绿人的影子。在你爸爸妈妈小的时候，最流行的漫画叫《七龙珠》，在《七龙珠》里，有一个很有名的外星人角色，浑身上下也都是绿色的。
《七龙珠》里的小绿人（左）。图片来源：网络
就这样，那个信号的来源，就被叫做小绿人了。当然，休伊什和伯奈尔并不是真的认为那个信号是外星人在跟人类打招呼，他们只是这样开个玩笑。接下来，他们就开始持续追踪观测这样的信号，并且开始研究。
第二年，他们正式发表了研究论文，确认了自己的发现，并且给它起了正式的名字 CP1919。
为什么脉冲星会释放脉冲
那么问题来了，CP1919为什么会这么准确地向地球发送信号呢？
我之前跟你说过，地球是一块大磁铁。其实不光地球是，恒星也都是大磁铁——真的是比地球要大得多的磁铁。有些恒星的残留物，磁场还特别强，会在两极放出很强的电波。而当这样的恒星快速旋转的时候，电波就会随之旋转，划过太空。
这些电波在宇宙当中飞啊飞，其中一些就从地球表面扫过去了。因为角度的问题，所以地球上接受到的这些电波会是一阵一阵的，当一阵电波扫到地球的瞬间，地球上的电波探测器，就会接收到一个很强的信号。然后这一波就过去了，等下下一波来的时候，这个强信号又出现了。这种有规律地时断时续的信号，叫做脉冲；而能发出很强脉冲的恒星，自然也就被叫做脉冲星了。CP1919是人类发现的第一颗脉冲星，后来，科学家们又陆续发现了许多脉冲星。
因为脉冲星的自转非常稳定，所以，它造成的脉冲也非常稳定——它甚至比地球上最稳定的校准时间工具原子钟还要稳定，所以，在有些时候，科学家们也会利用一些特定的脉冲星来校准我们的时间。
最后，要请你看一下这张图（下图）。
现在你大概对这张图片没有什么概念，但是稍微长大一点，你会发现，在很多地方都能看到这张图。它是非常重要的一个流行文化符号。
之所以会成为流行文化符号，是因为当年，有一支很有名的乐队，发行了一张非常有名的唱片，唱片的封面，就是这张图。所以，大家都很熟悉它。
但是大多数人都不知道的是，这张图其实来源于一篇论文。那实际上是射电天文学家克拉夫特博士论文里的一张图片。
这张图片后来被选入了《剑桥百科全书》，因此被唱片封面设计者发现，并最终成了流行文化符号。
博物学家养成记
那么这个图片和咱们今天说的故事有什么关系呢？原来， 它就是经过美化处理的，CP1919的脉冲信号 。再看一眼这张图片吧，牢牢地记住它。等到再一次看到它的时候，希望你能记起这个故事，并且把它介绍给你的朋友们。
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今天我们学习了4个知识点：
脉冲星是一种特殊的恒星。它们能持续地向宇宙空间释放电波。因为角度的问题，这些电波抵达地球的时候，会造成一阵一阵的脉冲。所以，天文学家管它叫脉冲星；
无线电被发明之后，人们发现宇宙，以及自己生活的环境中充满了各种各样的无线电信号，所以天文学家们架设了射电望远镜，发展出了射电天文学；
最早发现脉冲星的是两位英国天文学家。他们一开始称呼这个发现为“小绿人1号”，小绿人是当时流行文化当中的外星人形象。起这个名字是因为，他们觉得脉冲星带来的信号太有规律了，很像是外星人故意为之；
最早被发现的脉冲星被称为CP1919。它的脉冲信号图经过处理之后，成了一张著名唱片的封面。这幅图后来也成了流行文化最重要的符号之一。
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徐来
今天，是博物学陪伴你的第 177 天，恭喜你，又收集了一个新知识！下一期我们继续研究。